(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
螺旋状に連続するねじ溝が外周面に形成されたねじ軸と、前記ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝が内周面に形成された筒状のナットと、前記両ねじ溝の間に転動自在に配された複数の転動体と、を備え、前記ねじ軸と前記ナットとの相対回転運動により、前記転動体の転動を介して前記ねじ軸と前記ナットとが軸方向へ相対直線移動するようになっている転がりねじ装置を製造するに際して、
鋼製素材を所定の形状に成形し熱処理を施して前記ねじ軸及び前記ナットを得るとともに、前記ねじ軸に用いた鋼製素材よりも前記ナットに用いた鋼製素材の方が、含有する炭素の量が多く、
前記熱処理は、炭素濃度が０．９質量％以上１．１質量％以下である雰囲気中で行われる浸炭焼入れを含み、前記ねじ軸の浸炭時間が前記ナットの浸炭時間よりも長いことを特徴とする転がりねじ装置の製造方法。
【請求項２】
螺旋状に連続するねじ溝が外周面に形成されたねじ軸と、前記ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝が内周面に形成された筒状のナットと、前記両ねじ溝の間に転動自在に配された複数の転動体と、を備え、前記ねじ軸と前記ナットとの相対回転運動により、前記転動体の転動を介して前記ねじ軸と前記ナットとが軸方向へ相対直線移動するようになっている転がりねじ装置を製造するに際して、
鋼製素材を所定の形状に成形し熱処理を施して前記ねじ軸及び前記ナットを得るとともに、前記ねじ軸に用いた鋼製素材よりも前記ナットに用いた鋼製素材の方が、含有する炭素の量が多く、
前記熱処理は浸炭焼入れを含み、前記ねじ軸の浸炭を行う雰囲気の炭素濃度が、前記ナットの浸炭を行う雰囲気の炭素濃度よりも大きいことを特徴とする転がりねじ装置の製造方法。
【請求項３】
前記ねじ軸の浸炭時間と前記ナットの浸炭時間との差が、前記ねじ軸の浸炭時間の３０％以内であることを特徴とする請求項２に記載の転がりねじ装置の製造方法。
【請求項４】
前記ねじ軸に用いた鋼製素材と前記ナットに用いた鋼製素材とが、日本工業規格ＪＩＳ  Ｇ４０５２に規定されたＨ鋼で構成されており、且つ、含有する炭素の量が０．１５質量％以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の転がりねじ装置の製造方法。
【請求項５】
前記熱処理はサブゼロ処理を含まないことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の転がりねじ装置の製造方法。
【請求項６】
螺旋状に連続するねじ溝が外周面に形成されたねじ軸と、前記ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝が内周面に形成された筒状のナットと、前記両ねじ溝の間に転動自在に配された複数の転動体と、を備え、前記ねじ軸と前記ナットとの相対回転運動により、前記転動体の転動を介して前記ねじ軸と前記ナットとが軸方向へ相対直線移動するようになっている転がりねじ装置において、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の転がりねじ装置の製造方法により製造され、前記両ねじ溝には前記熱処理により硬化された表面硬化層が形成されていて、この表面硬化層の残留オーステナイト量が１５体積％以上３５体積％以下とされており、
前記ナットが、内周面と外周面とを連通する貫通孔又は軸方向両端面を連通する貫通孔を備え、該貫通孔の内面と内周面，外周面，又は軸方向端面との間の肉厚が３ｍｍ以下であることを特徴とする転がりねじ装置。
【請求項７】
螺旋状に連続するねじ溝が外周面に形成されたねじ軸と、前記ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝が内周面に形成された筒状のナットと、前記両ねじ溝の間に転動自在に配された複数の転動体と、を備え、前記ねじ軸と前記ナットとの相対回転運動により、前記転動体の転動を介して前記ねじ軸と前記ナットとが軸方向へ相対直線移動するようになっている転がりねじ装置において、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の転がりねじ装置の製造方法により製造され、前記両ねじ溝には前記熱処理により硬化された表面硬化層が形成されていて、この表面硬化層の残留オーステナイト量が１５体積％以上３５体積％以下とされており、
隣接する前記転動体の間に樹脂又はエラストマーで構成されたセパレータが介装されており、
前記ねじ軸は前記熱処理の後に研削加工が施されており、前記ねじ軸のねじ溝の底部に、前記研削加工に用いる研削砥石の干渉を防ぐ逃げ溝を有していないことを特徴とする転がりねじ装置。
【請求項８】
螺旋状に連続するねじ溝が外周面に形成されたねじ軸と、前記ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝が内周面に形成された筒状のナットと、前記両ねじ溝の間に転動自在に配された複数の転動体と、を備え、前記ねじ軸と前記ナットとの相対回転運動により、前記転動体の転動を介して前記ねじ軸と前記ナットとが軸方向へ相対直線移動するようになっている転がりねじ装置において、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の転がりねじ装置の製造方法により製造され、前記両ねじ溝には前記熱処理により硬化された表面硬化層が形成されていて、この表面硬化層の残留オーステナイト量が１５体積％以上３５体積％以下とされており、
リード角方向に沿う面で前記ねじ軸を破断した断面において、ビッカース硬さＨｖ５５０以上の領域の面積が、前記断面の面積の１５％未満であることを特徴とする転がりねじ装置。
【請求項９】
前記ねじ軸及び前記ナットの前記表面硬化層の炭素濃度は０．８質量％以上であることを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の転がりねじ装置。
【請求項１０】
前記熱処理はサブゼロ処理を含まないことを特徴とする請求項６〜９のいずれか一項に記載の転がりねじ装置。
【請求項１１】
前記ねじ軸のねじ溝の軸方向長さが前記ナットのねじ溝の軸方向長さの１．２倍以上であることを特徴とする請求項６〜１０のいずれか一項に記載の転がりねじ装置。
【請求項１２】
前記熱処理はサブゼロ処理を含まず、無負荷状態においては、前記両ねじ溝のうち少なくとも一方と前記転動体との間に隙間が形成されることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の転がりねじ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボールねじ，ローラねじ等の転がりねじ装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
転がりねじ装置としては、転動体が球状のボールであるボールねじと、転動体が円筒状，円すい台状等のローラであるローラねじとが知られている。転がりねじ装置においては、ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝との間の空間により形成される転動体転動路内を転動する転動体を、転動体循環路により転動体転動路の終点から始点へ送って循環させることにより、ねじ軸とナットとの相対直線移動を円滑に行っている。
【０００３】
このような転がりねじ装置を駆動すると各構成部品に損傷が生じることとなるが、ねじ軸のねじ溝が露出していて異物が侵入しやすいことから、例えば高荷重用途のボールねじにおいて生じる損傷は、ねじ軸及びナットのねじ溝の表面の損傷がほとんどである。そのため、ねじ溝の表面を強化する熱処理が施されることが多く、このような熱処理としては、例えばねじ溝の表面の残留オーステナイト量と硬さとを所定値とする浸炭処理（以降においては、このような処理を「ＴＦ処理」と記すこともある）が知られている（特許文献１〜７を参照）。このＴＦ処理は、転がり軸受の軌道面の強化のために用いられていたものである。
【特許文献１】特開２００４−７６７５４号公報
【特許文献２】特開２００５−１５５７１４号公報
【特許文献３】特開２００５−４９０９７０号公報
【特許文献４】特開２００６−２９９３１３号公報
【特許文献５】特開２００６−８３９８８号公報
【特許文献６】特開２００７−１４７１３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ボールねじに熱処理を施す際には、転がり軸受の場合とは異なる考慮すべき問題点がある。
まず、第一の問題点は取り代である。転がり軸受の場合は、単純に径方向の取り代のみを考慮すればよいが、ボールねじの場合は、径方向の取り代とともに軸方向の取り代を考慮する必要がある。すなわち、ボールねじのねじ軸及びナットは、ねじ溝切削，熱処理，ねじ溝研削という工程を経て製造されるが、ねじ溝切削及びねじ溝研削における加工相誤差や熱処理における変形は軸方向長さ全体にわたって累積されるので、同サイズの転がり軸受と比べると、ほぼ２倍以上の取り代が必要となる。
【０００５】
したがって、完成品のＴＦ処理品質を転がり軸受と同程度とするためには、浸炭処理の条件を転がり軸受の場合と比べて強くする必要があった。すなわち、浸炭時間を長くする、雰囲気中の炭素濃度を高くする、及び浸炭温度を高くするのうち少なくとも一つの条件変更を行う必要があった。このような条件変更を行うと、熱処理のコストが上昇するおそれがあるとともに、熱処理に用いられる炉等の設備が大がかりになる。
【０００６】
次に、第二の問題点について説明する。転がり軸受の場合と同等の浸炭処理条件であっても（つまり、前記３つの条件変更を全く行わなくても）、炭素の含有量の高い鋼材を素材として用いれば、完成品のＴＦ処理品質を転がり軸受と同程度とすることが可能である。しかしながら、第二の問題点である変形矯正（曲がり直し）があるため、炭素の含有量の高い鋼材を素材として用いることには問題があった。
【０００７】
転がり軸受の場合は熱処理後の変形矯正は通常は不要であるが、ボールねじのねじ軸は熱処理により湾曲するので、ねじ溝研削の前に湾曲を矯正する必要がある。この変形矯正は塑性変形により行われるので、ねじ軸の芯部には靱性が必要である。鋼材中の炭素の含有量が高いと靱性が不十分になり、割れや折れを生じることなく変形矯正を行うことが困難となるおそれがあるため、炭素の含有量の高い鋼材を素材として用いることは容易ではなかった。
そこで、本発明は、上記のような従来技術が有する問題点を解決し、割れや折れを生じることなくねじ軸の変形矯正を行うことが容易であるとともに安価な転がりねじ装置の製造方法を提供することを課題とする。また、本発明は、長寿命で安価な転がりねじ装置を提供することを併せて課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る転がりねじ装置の製造方法は、螺旋状に連続するねじ溝が外周面に形成されたねじ軸と、前記ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝が内周面に形成された筒状のナットと、前記両ねじ溝の間に転動自在に配された複数の転動体と、を備え、前記ねじ軸と前記ナットとの相対回転運動により、前記転動体の転動を介して前記ねじ軸と前記ナットとが軸方向へ相対直線移動するようになっている転がりねじ装置を製造するに際して、鋼製素材を所定の形状に成形し熱処理を施して前記ねじ軸及び前記ナットを得るとともに、前記ねじ軸に用いた鋼製素材よりも前記ナットに用いた鋼製素材の方が、含有する炭素の量が多いことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る転がりねじ装置の製造方法において、前記ねじ軸に用いた鋼製素材と前記ナットに用いた鋼製素材とが、日本工業規格ＪＩＳ  Ｇ４０５２に規定されたＨ鋼で構成されており、且つ、含有する炭素の量が０．１５質量％以上であることが好ましい。
さらに、本発明に係る転がりねじ装置の製造方法において、前記熱処理は、炭素濃度が０．９質量％以上１．１質量％以下である雰囲気中で行われる浸炭焼入れを含むことが好ましい。
【００１０】
さらに、本発明に係る転がりねじ装置の製造方法において、前記ねじ軸の浸炭時間が前記ナットの浸炭時間よりも長いことが好ましい。
さらに、本発明に係る転がりねじ装置の製造方法において、前記熱処理は浸炭焼入れを含み、前記ねじ軸の浸炭を行う雰囲気の炭素濃度が、前記ナットの浸炭を行う雰囲気の炭素濃度よりも大きいことが好ましい。
【００１１】
さらに、本発明に係る転がりねじ装置の製造方法において、前記ねじ軸の浸炭時間と前記ナットの浸炭時間との差が、前記ねじ軸の浸炭時間の３０％以内であることが好ましい。
さらに、本発明に係る転がりねじ装置の製造方法において、前記熱処理はサブゼロ処理を含まないことが好ましい。
【００１２】
さらに、本発明に係る転がりねじ装置は、螺旋状に連続するねじ溝が外周面に形成されたねじ軸と、前記ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝が内周面に形成された筒状のナットと、前記両ねじ溝の間に転動自在に配された複数の転動体と、を備え、前記ねじ軸と前記ナットとの相対回転運動により、前記転動体の転動を介して前記ねじ軸と前記ナットとが軸方向へ相対直線移動するようになっている転がりねじ装置において、前記転がりねじ装置の製造方法により製造され、前記両ねじ溝には前記熱処理により硬化された表面硬化層が形成されていて、この表面硬化層の残留オーステナイト量が１５体積％以上３５体積％以下とされていることを特徴とする。
さらに、本発明に係る転がりねじ装置において、前記ねじ軸及び前記ナットの前記表面硬化層の炭素濃度は０．８質量％以上であることが好ましい。
【００１３】
さらに、本発明に係る転がりねじ装置において、前記熱処理はサブゼロ処理を含まないことが好ましい。
さらに、本発明に係る転がりねじ装置において、前記ナットが、内周面と外周面とを連通する貫通孔又は軸方向両端面を連通する貫通孔を備え、該貫通孔の内面と内周面，外周面，又は軸方向端面との間の肉厚が３ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１４】
さらに、本発明に係る転がりねじ装置において、前記ねじ軸のねじ溝の軸方向長さが前記ナットのねじ溝の軸方向長さの１．２倍以上であることが好ましい。
さらに、本発明に係る転がりねじ装置において、無負荷状態においては、前記両ねじ溝のうち少なくとも一方と前記転動体との間に隙間が形成されることが好ましい。
【００１５】
さらに、本発明に係る転がりねじ装置において、隣接する前記転動体の間に樹脂又はエラストマーで構成されたセパレータが介装されていることが好ましい。
さらに、本発明に係る転がりねじ装置において、リード角方向に沿う面で前記ねじ軸を破断した断面において、ビッカース硬さＨｖ５５０以上の領域の面積が、前記断面の面積の１５％未満であることが好ましい。
さらに、本発明に係る転がりねじ装置において、前記ねじ軸は前記熱処理の後に研削加工が施されており、前記ねじ軸のねじ溝の底部に、前記研削加工に用いる研削砥石の干渉を防ぐ逃げ溝を有していないことが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の転がりねじ装置の製造方法によれば、割れや折れを生じることなくねじ軸の変形矯正を行うことが容易であるとともに、安価に転がりねじ装置を製造することができる。また、本発明の転がりねじ装置は、長寿命で安価である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明に係る転がりねじ装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
〔第一実施形態〕
図１は、本発明に係る転がりねじ装置の一実施形態であるボールねじの構造を示す図であり、軸方向に平行な面で破断したボールねじの断面図である。また、図２は図１のボールねじのＡ−Ａ断面図である。
【００１８】
図１，２に示すように、本実施形態のボールねじ１０は、螺旋状に連続するねじ溝１ａが外周面に形成されたねじ軸１と、螺旋状に連続するねじ溝２ａが内周面に形成された筒状のナット２と、を備えている。ねじ軸１はナット２に挿通されており、ねじ軸１のねじ溝１ａとナット２のねじ溝２ａとが対向して、両ねじ溝１ａ，２ａ間の空間により螺旋状の転動体転動路４が形成されている。この転動体転動路４内には、複数の転動体３（ボール）が転動自在に装填されており、この転動体３を介してナット２がねじ軸１に螺合されている。そして、隣接する各転動体３の間には、樹脂又はエラストマーで構成されたセパレータ６（図３を参照）が介装されている。
【００１９】
このナット２の外面の一部は平坦に削られていて、この軸方向に平行な平面上に略コ字状に屈曲したリターンチューブ５が固定されている。すなわち、ナット２には、この平面に開口しナット２のねじ溝２ａと連通する一対の貫通孔２ｂ，２ｂが設けられていて、リターンチューブ５の両端部がこの両貫通孔２ｂ，２ｂに前記平面側から挿入されている。そして、貫通孔２ｂ，２ｂの外に位置するリターンチューブ５の中央部分が、前記平面上に配されている。なお、１つのナットに２本以上のリターンチューブを取り付けてもよく（図１では２本）、その際には、２対以上の貫通孔を設ける。
【００２０】
転動体転動路４内を転動する転動体３は、このリターンチューブ５を通って循環されるようになっている。すなわち、転動体３は転動体転動路４内を移動しつつねじ軸１の回りを複数回回って転動体転動路４の終点（リターンチューブ５と転動体転動路４との交点）至り、リターンチューブ５の一方の端部（開口部）からリターンチューブ５内にすくい上げられる。すくい上げられた転動体３は、リターンチューブ５の中を通って、リターンチューブ５の他方の端部（開口部）から転動体転動路４の始点に戻される。
【００２１】
このように、転動体転動路４内を転動する転動体３がリターンチューブ５により無限に循環されるようになっているので、ねじ軸１とナット２とを相対回転させると、転動体３の転動を介してねじ軸１とナット２とは継続的に軸方向へ相対直線移動する。なお、ねじ溝１ａ，２ａの断面形状は、円弧状でもよいしゴシックアーク状でもよい。
このようなボールねじ１０において、ねじ軸１とナット２とは、鋼製素材を所定の形状に成形し熱処理を施すことにより製造されたものである。この鋼製素材は、日本工業規格ＪＩＳ  Ｇ４０５２に規定されたＨ鋼（焼入れ性を保証した構造用鋼鋼材）で構成されており、且つ、含有する炭素の量（熱処理前の鋼製素材の炭素の量）が０．１５質量％以上である。そして、ねじ軸１に用いた鋼製素材よりもナット２に用いた鋼製素材の方が、含有する炭素の量（熱処理前の鋼製素材の炭素の量）が多い。
【００２２】
ねじ軸１に用いる鋼製素材が含有する炭素の量は０．２３質量％以下であることがより好ましく、ナット２に用いる鋼製素材が含有する炭素の量は０．２３質量％以上であることがより好ましい。ねじ軸１に用いる鋼製素材としては、例えばＳＣＭ４２０Ｈがあげられ、ナット２に用いる鋼製素材としては、例えばＳＣＭ４２５ＨやＳＣＭ４３５Ｈがあげられる。
【００２３】
鋼製素材を鍛造等により所定の形状に成形したら、ねじ溝切削によりねじ溝１ａ，２ａを形成する。そして、浸炭焼入れを含む熱処理を施して、ねじ溝１ａ，２ａの表面に図示しない表面硬化層を形成する。この表面硬化層の残留オーステナイト量は、１５体積％以上３５体積％以下である。ねじ軸１については熱処理により若干湾曲するので、変形矯正（曲がり直し）を行う。そして、ねじ溝１ａ，２ａの表面をねじ溝研削により仕上げて、ねじ軸１及びナット２を完成する。
【００２４】
ねじ軸１及びナット２のねじ溝１ａ，２ａの表面に表面硬化層（表面硬さはＨｖ７００以上）が形成されているので、ボールねじ１０内に異物が侵入したり高荷重が負荷されるような厳しい条件で使用されても、ねじ溝１ａ，２ａの表面に損傷が生じにくい。よって、前述のような厳しい条件で使用されても、ボールねじ１０が長寿命である。
また、残留オーステナイト量が多量で且つ高硬度の表面硬化層を形成する場合には、オーステナイトを安定化させるために、浸炭焼入れ後に二段焼戻しが必要となる（例えば特許文献１を参照）。二段焼戻しを施す場合は、予備焼戻し，サブゼロ処理，本焼戻しという工程になるが、工程数が多いために熱処理に要するコストが上昇する。しかしながら、本発明では表面硬化層の硬さは特に限定されず、ＨＲＣ６２程度であれば十分であるので、予備焼戻しは必要ない。よって、熱処理に要するコストはほとんど上昇しない。
【００２５】
このようなボールねじ１０は、例えば、電動射出成形機の射出軸，型締め軸や電動プレス機の駆動軸の送り機構に好適に使用することができる。ただし、本発明の転がりねじ装置は、上記のような比較的大型で且つ高荷重が負荷される用途に好適であるが、上記の用途に限定されるものではない。
なお、ねじ軸１に用いた鋼製素材よりもナット２に用いた鋼製素材の方が、含有する炭素の量が多いので、ナット２については浸炭を短時間で完了することができる。よって、ナット２は、熱処理を安価に行うことができる。一方、ねじ軸１は含有する炭素の量が少ないので、ねじ軸１の芯部は靱性を有している。よって、割れや折れを生じることなくねじ軸１の変形矯正を行うことができる。
【００２６】
また、ねじ軸１及びナット２は、日本工業規格ＪＩＳ  Ｇ４０５２に規定されたＨ鋼で構成されており、且つ、含有する炭素の量（熱処理前の鋼製素材の炭素の量）が０．１５質量％以上であるので、高荷重が負荷される用途に使用可能な程度に強化された表面硬化層が熱処理により形成される。この表面硬化層は、ねじ軸１やナット２のねじ溝１ａ，２ａの表面から深さ５０μｍ以内に形成されている。
【００２７】
熱処理に含まれる浸炭焼入れは、炭素濃度が０．９質量％以上１．１質量％以下である雰囲気中で行うことが好ましい。このような浸炭焼入れであれば、ねじ軸１及びナット２を同一炉内で同時に処理することができるので、熱処理の低コスト化に有利である。
また、ねじ軸１の浸炭時間は、ナット２の浸炭時間よりも長くてもよい。ねじ軸１は取り代を大きく取る必要があるため、浸炭を長時間行う必要があり、コストアップにつながる。しかしながら、サブゼロ処理を省略すれば、浸炭を長時間行ってもコストは同等となるので、ねじ軸１に関しては浸炭を長時間行ってもよい。
【００２８】
なお、ボールねじのねじ軸については、残留オーステナイト量を少なくして寸法安定性を確保する目的や高硬度化する目的で、通常はサブゼロ処理を行うが、本発明のボールねじのように高荷重が負荷される用途に好適なボールねじは、無負荷状態では両ねじ溝１ａ，２ａのうち少なくとも一方と転動体３との間に隙間が形成されるとともにねじ軸１が比較的短尺であることから、寸法安定性はそれほど問題とはならない。よって、サブゼロ処理を省略しても問題はなく、工程を削減することにより長時間の浸炭を行ってもコストを抑えることができる。
【００２９】
さらに、ねじ軸１の浸炭を行う雰囲気の炭素濃度は、ナット２の浸炭を行う雰囲気の炭素濃度よりも大きくてもよい。そして、ねじ軸１及びナット２の生産サイクルタイムを同期化するためには、ねじ軸１の浸炭時間とナット２の浸炭時間との差を、ねじ軸１の浸炭時間の３０％以内とすることが好ましい。このように、ねじ軸１及びナット２の浸炭時間を、浸炭を行う雰囲気の炭素濃度によって調整することができる。
【００３０】
ただし、浸炭を行う雰囲気の炭素濃度を高くするほど浸炭時間は短くできるが、ねじ軸１の浸炭において炭素濃度を１．３質量％以上とすると煤の発生が多くなるので、１．２質量％以下とすることが好ましい。また、ナット２の浸炭において炭素濃度を１．１質量％以上とするとナット２の薄肉部に割れが生じるおそれがあるので、１．０５質量％以下とすることが好ましい。
【００３１】
さらに、ねじ軸１，ナット２ともにサブゼロ処理は行わなくてもよい。そうすれば、サブゼロ処理による残留オーステナイト量の低下が防止されるとともに、コストダウンにもつながる。このサブゼロ処理の省略は、無負荷状態では両ねじ溝１ａ，２ａのうち少なくとも一方と転動体３との間に隙間が形成されるボールねじに対して特に有効である（すなわち、サブゼロ処理の省略により僅かな時効変位が出るが、上記のように隙間が形成されるボールねじであれば問題ない）。
【００３２】
さらに、ボールねじ１０には、転動体転動路４内を転動する転動体３を転動体転動路４の終点から始点へ送って循環させるリターンチューブ５が備えられており、ナット２にリターンチューブ５を取り付けるためにナット２の内周面と外周面とを連通する貫通孔２ｂ，２ｂが形成されている。このような貫通孔２ｂの内面とナット２の軸方向端面との間の肉厚が３ｍｍ以下であると、粗大炭化物により割れが発生しやすいので、ナット２に浸炭を長時間行うことは好ましくない。
【００３３】
また、リターンチューブ５を用いずに転動体を循環させるタイプのボールねじもあり、その場合は、ナットの軸方向両端面を連通する貫通孔が形成されており、この貫通孔が転動体を転動体転動路の終点から始点へ送って循環させるための転動体循環路として使用される。このような貫通孔の内面とナットの内周面又は外周面との間の肉厚が３ｍｍ以下であると、上記と同様に割れが発生しやすいので、ナットに浸炭を長時間行うことは好ましくない。
【００３４】
しかしながら、本実施形態のボールねじ１０は、炭素含有量が多い鋼製素材を用いたナット２については浸炭を短時間で完了することができるので、上記のような貫通孔を有するために薄肉部が形成されていても、浸炭によりナット２に割れが発生することはほとんどない。
さらに、ねじ軸１のねじ溝１ａの軸方向長さは、ナット２のねじ溝２ａの軸方向長さの１．２倍以上であってもよい。ねじ軸１が長尺であると、研削取り代がナット２よりも大きくなって、熱処理が高コストとなりやすいが、本実施形態のボールねじ１０は、ねじ軸１の熱処理においてサブゼロ処理を省略することができるので、熱処理が高コストとなることはない。
【００３５】
さらに、隣接する各転動体３の間に、樹脂又はエラストマーで構成されたセパレータ６が介装されているので、転動体３同士の競り合いが抑制される。また、ボールねじ１０の内部に異物が侵入したとしても、転動体３に付着した異物が、転動体３とセパレータ６との接触部分においてセパレータ６の内部に取り込まれるため、ねじ溝１ａ，２ａの表面に食い込む異物の量が低下する。その結果、ねじ溝１ａ，２ａの表面が損傷しにくいので、ボールねじ１０が長寿命となる。ただし、ボールねじ１０はセパレータ６を備えていなくてもよい。
【００３６】
さらに、ねじ軸１の表面には表面硬化層が形成され強化されているが、あまり深い部分まで強化すると変形矯正が行いにくくなる。よって、リード角方向に沿う面でねじ軸１を破断した断面において、ビッカース硬さＨｖ５５０以上の領域の面積が、前記断面の面積の１５％未満であることが好ましい。このようなねじ軸１は、変形矯正を行うことが容易である。
【００３７】
例えば、外径が６３ｍｍで、後述する逃げ溝を有していないねじ軸の場合は、表面から２ｍｍ内方の部分の硬さをＨｖ５５０以下とすれば、上記面積の条件を満足することができるとともに、表面の硬さをねじ溝表面の必要硬度であるＨｖ７００以上とすることができる。逃げ溝を有しているねじ軸の場合は、表面から１．６ｍｍ内方の部分の硬さをＨｖ５５０以下とすれば、上記面積の条件を満足することができるとともに、表面の硬さをねじ溝表面の必要硬度であるＨｖ７００以上とすることができる。そして、炭素の含有量が表面から内方に向かって漸減するような構造とすることができる。
【００３８】
ナット２については上記面積の条件を満足する必要はないので、素材の炭素の含有量と浸炭を行う雰囲気の炭素濃度とを調整しつつ、ねじ軸１よりも短い浸炭時間で浸炭を行うことができ、表面の硬さをねじ溝表面の必要硬度であるＨｖ７００以上とすることができる。
さらに、ねじ軸１には熱処理の後に研削加工（ねじ溝研削）が施されるが、ねじ軸１のねじ溝１ａの底部は、研削加工に用いる研削砥石の干渉を防ぐ逃げ溝を有していないことが好ましい。逃げ溝を有していると、ねじ軸１の芯部の炭素量が大きくなりやすく、また、変形矯正において応力が集中しやすい。
【００３９】
ここで、表面硬化層の残留オーステナイト量の臨界的意義について説明する。残留オーステナイトは軟らかく粘性を有する金属組織なので、ねじ溝の表層部に存在させることにより、圧痕の原因となるエッジ部分における応力集中を緩和することができる。また、表層部に存在する残留オーステナイトは、ボールねじの駆動時に圧痕を通過する部材（例えば転動体３）の相対通過回数が所定数を超えると、表面に加わる変形エネルギーによってマルテンサイトに変態し硬化するので、ボールねじ内に異物が混入するような環境下においてはボールねじの寿命が向上する。
【００４０】
このような効果を十分に得るためには、表面硬化層の残留オーステナイト量を１５体積％以上３５体積％以下とすることが好ましい。１５体積％未満であると靱性が不十分となるため、表面に損傷が生じて寿命が不十分となるおそれがある。一方、残留オーステナイト量が３５体積％超過であると、表面硬さが低下して耐疲労性が不十分となるおそれがある。このような不都合がより生じにくくするためには、表面硬化層の残留オーステナイト量は２０体積％以上３０体積％以下とすることがより好ましい。
【００４１】
なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、転がりねじ装置の例としてボールねじを示して説明したが、本発明の転がりねじ装置は、転動体がローラであるローラねじにも同様に適用することができる。
また、転動体転動路４内には、両ねじ溝１ａ，２ａの表面及び転動体３の表面を潤滑する潤滑剤を配してもよい。さらに、ナット２の軸方向両端には、プラスチック製，ゴム製，又はエラストマー製のダストシール７を配してもよい。そうすれば、異物が外部からナット２内部に侵入することが防止される。
【００４２】
〔実施例〕
以下に実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。前述したボールねじ１０とほぼ同様の構成を有する日本精工株式会社製のボールねじＢＳ６３１６−１０．５（呼び番号：ＪＩＳ  Ｂ１１９２  ６３×１６×３００−Ｃｔ７）を、日本精工株式会社製のボールねじ耐久試験機に装着して、耐久試験を行った。
【００４３】
なお、このボールねじのねじ軸及びナットは、日本工業規格ＪＩＳ  Ｇ４０５２に規定された鋼材ＳＣＭ４２０Ｈ（炭素含有量は０．２１質量％）又はＳＣＭ４３５Ｈ（炭素含有量は０．３３質量％）で構成された素材を、所定の形状に成形し熱処理を施すことにより製造されたものである（表１を参照）。
この熱処理により、ねじ軸及びナットの表面硬さはＨｖ７００以上とされている。また、熱処理により形成された表面硬化層の残留オーステナイト量γR を、表１にまとめて示す。さらに、転動体（ボール）は、日本工業規格ＪＩＳ  Ｂ１５０１に規定された玉軸受用鋼球である。さらに、隣接する各転動体の間には、図３のようなセパレータが１個ずつ介装されている。
【００４４】
【表１】
0005130886.tif 000002
【００４５】
ねじ軸及びナットに施した熱処理は、以下の通りである。
熱処理条件Ａ：９２０〜９６０℃で１６時間浸炭を施し自然放冷した後に、８２０〜８７０℃で２時間加熱して二次焼入れを行った。さらに、−８０〜−４０℃で３０分間サブゼロ処理を施した後に、１７０〜２００℃で２時間焼戻しを行った。なお、これらの処理の他に段取りを１時間行っている。このような熱処理は、ボールねじのねじ軸に対して従来一般的に行われていたものである。
【００４６】
熱処理条件Ｂ：９２０〜９６０℃で１６時間浸炭を施し自然放冷した後に、８２０〜８７０℃で２時間加熱して二次焼入れを行った。そして、サブゼロ処理は行わず、１７０〜２００℃で２時間焼戻しを行った。このような熱処理は、ボールねじのナットに対して従来一般的に行われていたものである。
熱処理条件Ｃ：９２０〜９６０℃で２０時間浸炭を施し自然放冷した後に、８２０〜８７０℃で２時間加熱して二次焼入れを行った。そして、サブゼロ処理は行わず、１７０〜２００℃で２時間焼戻しを行った。
【００４７】
熱処理条件Ｄ：９２０〜９６０℃で１２時間浸炭を施し自然放冷した後に、８２０〜８７０℃で２時間加熱して二次焼入れを行った。そして、サブゼロ処理は行わず、１７０〜２００℃で２時間焼戻しを行った。
なお、ねじ軸及びナットの浸炭を行う雰囲気の炭素濃度は、いずれの熱処理条件においても、１質量％である。
【００４８】
また、このボールねじの仕様は、以下の通りである。
・ねじ軸の直径：６３ｍｍ
・リード      ：１６ｍｍ
・ボールの直径：１２．７ｍｍ
・回路数      ：３．５巻×３列
・基本動定格荷重：４５０ｋＮ
実施例１のボールねじは、ねじ軸の寿命は比較例２と変わらないはずであるが、ナットの寿命が向上しているために比較例１のボールねじと比べて１．４倍と長寿命であった（ねじ軸に剥離が生じた）。熱処理のコストは、ねじ軸のサブゼロ処理を省略しているため、低コストであった。
【００４９】
実施例２のボールねじは、ねじ軸，ナットともに寿命が向上しているため、比較例１のボールねじと比べて１．８倍と長寿命であった（ねじ軸に剥離が生じた）。ただし、熱処理のコストは、浸炭時間が長いため実施例１のボールねじよりも若干高い。
実施例３のボールねじは、ナットの寿命が向上しているため、比較例１のボールねじと比べて１．５倍と長寿命であった（ねじ軸に剥離が生じた）。浸炭時間は長いが、ねじ軸のサブゼロ処理を省略しているため、熱処理のコストは比較例１のボールねじと同等である。
【００５０】
実施例４のボールねじは、ねじ軸の寿命が向上しているため、比較例１のボールねじと比べて１．５倍と長寿命であった（ナットに剥離が生じた）。浸炭時間は長いが、ねじ軸のサブゼロ処理を省略しているため、熱処理のコストは比較例１のボールねじと同等である。
実施例５のボールねじは、比較例１，２のボールねじと比べてナットの寿命が向上しているため、比較例１のボールねじと比べて１．３倍と長寿命であった（ナットに剥離が生じた）。浸炭時間は短く、ねじ軸のサブゼロ処理を省略しているため、熱処理は低コストである。
【００５１】
これに対して、比較例１のボールねじは、ねじ軸に剥離が生じ短寿命であった。また、比較例２のボールねじは、低コストではあるがナットに早期に剥離が生じた。さらに、比較例３は、ねじ軸の芯部の靱性不足により変形矯正中に折損したため、耐久試験は行えなかった。
ここで、浸炭焼入れを施したねじ軸及びナットについて、表面の炭素濃度を測定した結果について説明する。ねじ軸の素材はＳＣＭ４２０Ｈ製であり、ナットの素材はＳＣＭ４３５Ｈ製である。両素材を所定の形状に成形し、同一の炭素濃度の雰囲気中９６０℃で浸炭を施した。浸炭時間は、ねじ軸が１６時間で、ナットが８．５時間である。結果を図４のグラフに示し、図４の要部拡大図を図５に示す。
本発明における表面硬化層の残留オーステナイト量の条件を満足するためには、ねじ軸及びナットの表面の炭素濃度は０．８質量％以上である必要があるので、図５から分かるように、最大取り代（表面からの距離）は、ねじ軸が０．７ｍｍで、ナットが０．６ｍｍとなる。
【００５２】
次に、ねじ軸及びナットの浸炭時間を同一とし、雰囲気中の炭素濃度を変更した場合について説明する。前記と同様の両素材を所定の形状に成形し、９６０℃で８．５時間浸炭を施した。雰囲気中の炭素濃度は、ねじ軸が１．２質量％で、ナットが１．０５質量％である。結果を図６のグラフに示し、図６の要部拡大図を図７に示す。
本発明における表面硬化層の残留オーステナイト量の条件を満足するためには、ねじ軸及びナットの表面の炭素濃度は０．８質量％以上である必要があるので、図７から分かるように、最大取り代（表面からの距離）は、ねじ軸が０．７ｍｍで、ナットが０．６ｍｍとなる。
【００５３】
〔第二実施形態〕
本発明は、ボールねじ，ローラねじ等の転がりねじ装置に関する。
転がりねじ装置としては、転動体が球状のボールであるボールねじと、転動体が円筒状，円すい台状等のローラであるローラねじとが知られている。転がりねじ装置においては、ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝との間の空間により形成される転動体転動路内を転動する転動体を、転動体循環路により転動体転動路の終点から始点へ送って循環させることにより、ねじ軸とナットとの相対直線移動を円滑に行っている。
【００５４】
このような転がりねじ装置のねじ軸は、丸棒鋼材にねじ溝を粗く形成し（ねじＬ工程）、スプラインや引っ掛けスパナ面の粗加工を行った後に熱処理を施し、粗く形成したねじ溝やスプラインを研削によって仕上げる（ねじＧ工程）ことにより製造される。
ねじ軸に浸炭焼入れを施す際には、ねじ軸をピット炉内に吊った状態（すなわち、ピット炉内面の天井部から吊り下げた状態）で行うが、ねじ軸は長尺であるため、長手方向を水平にして浸炭焼入れを行うと、自重によりたわみが生じるおそれがある。よって、通常は、自重によりたわみが生じないように、長手方向を鉛直にして吊った状態で浸炭焼入れを行う。
【００５５】
そのため、吊り側と反吊り側（炉の上部と下部）、又は、吊り位置（炉内の中心部と周辺部）で、焼入れ時や炉から冷却槽への搬出時における冷却速度が、ねじ軸の長手方向，径方向ともに異なるという問題があった。よって、熱処理によりねじ軸に大きな変形（湾曲）が生じるため、ねじＧ工程の前に変形矯正（曲がり直し）を行う必要があった。
変形矯正を行うためにはねじ軸の芯部に靱性が必要であるが、過度の浸炭処理等により芯部まで焼きが入ってしまうと、割れや折れを生じることなく変形矯正を行うことが困難となるおそれがあった（例えば、特開２００４−７６７５４号公報，特開２００５−１５５７１４号公報，特開２００５−２４０９７０号公報を参照）。
そこで、本発明は、上記のような従来技術が有する問題点を解決し、割れや折れを生じることなくねじ軸の変形矯正を行うことが容易であるとともに長寿命な転がりねじ装置を提供することを課題とする。
【００５６】
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る転がりねじ装置は、螺旋状に連続するねじ溝が外周面に形成されたねじ軸と、前記ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝が内周面に形成された筒状のナットと、前記両ねじ溝の間に転動自在に配された複数の転動体と、を備え、前記ねじ軸と前記ナットとの相対回転運動により、前記転動体の転動を介して前記ねじ軸と前記ナットとが軸方向へ相対直線移動するようになっている転がりねじ装置において、
前記ねじ軸は、日本工業規格ＪＩＳ  Ｇ４０５２に規定されたＨ鋼で構成された素材を所定の形状に成形し熱処理を施して得られたものであり、前記ねじ軸のねじ溝には前記熱処理により硬化された表面硬化層が形成されていて、この表面硬化層の残留オーステナイト量が１５体積％以上３５体積％以下とされているとともに、リード角方向に沿う面で前記ねじ軸を破断した断面において、日本工業規格ＪＩＳ  Ｇ０５５７に規定された有効硬化層深さの位置から表面までの環状領域の面積が、前記断面の面積の１５％未満であることを特徴とする。
【００５７】
本発明の転がりねじ装置は、割れや折れを生じることなくねじ軸の変形矯正を行うことが容易であるとともに長寿命である。
本発明に係る転がりねじ装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図８は、本発明に係る転がりねじ装置の一実施形態であるボールねじの構造を示す側面図であり、図９は、図８のボールねじを軸方向に垂直な面で破断した断面図である。なお、図８，９においては、図１，２と同一又は相当する部分には図１，２と同一の符号を付してある。
【００５８】
図８，９に示すように、本実施形態のボールねじ１０は、螺旋状に連続するねじ溝１ａが外周面に形成されたねじ軸１と、螺旋状に連続するねじ溝２ａが内周面に形成された筒状のナット２と、を備えている。ねじ軸１はナット２に挿通されており、ねじ軸１のねじ溝１ａとナット２のねじ溝２ａとが対向して、両ねじ溝１ａ，２ａ間の空間により螺旋状の転動体転動路４が形成されている。この転動体転動路４内には、複数の転動体３（ボール）が転動自在に装填されており、この転動体３を介してナット２がねじ軸１に螺合されている。そして、隣接する各転動体３の間には、樹脂又はエラストマーで構成されたセパレータ６が介装されている。ただし、ボールねじ１０はセパレータ６を備えていなくてもよい。
【００５９】
このナット２の外面の一部は平坦に削られていて、この軸方向に平行な平面上に略コ字状に屈曲したリターンチューブ５が固定されている。すなわち、ナット２には、この平面に開口しナット２のねじ溝２ａと連通する一対の貫通孔２ｂ，２ｂが設けられていて、リターンチューブ５の両端部がこの両貫通孔２ｂ，２ｂに前記平面側から挿入されている。そして、貫通孔２ｂ，２ｂの外に位置するリターンチューブ５の中央部分が、前記平面上に配されている。なお、１つのナットに２本以上のリターンチューブを取り付けてもよく、その際には、２対以上の貫通孔を設ける。
【００６０】
転動体転動路４内を転動する転動体３は、このリターンチューブ５を通って循環されるようになっている。すなわち、転動体３は転動体転動路４内を移動しつつねじ軸１の回りを複数回回って転動体転動路４の終点（リターンチューブ５と転動体転動路４との交点）至り、リターンチューブ５の一方の端部（開口部）からリターンチューブ５内にすくい上げられる。すくい上げられた転動体３は、リターンチューブ５の中を通って、リターンチューブ５の他方の端部（開口部）から転動体転動路４の始点に戻される。
【００６１】
このように、転動体転動路４内を転動する転動体３がリターンチューブ５により無限に循環されるようになっているので、ねじ軸１とナット２とを相対回転させると、転動体３の転動を介してねじ軸１とナット２とは継続的に軸方向へ相対直線移動する。なお、ねじ溝１ａ，２ａの断面形状は、円弧状でもよいしゴシックアーク状でもよい。
このようなボールねじ１０において、ねじ軸１及びナット２は、鋼製素材を所定の形状に成形し熱処理を施すことにより製造されたものである。以下に、ねじ軸１及びナット２の製造方法を説明する。
【００６２】
鋼製素材を鍛造等により所定の形状に成形したら、ねじ溝切削によりねじ溝１ａ，２ａを形成する。鋼製素材を構成する鋼の種類は、ねじ軸１については、日本工業規格ＪＩＳ  Ｇ４０５２に規定されたＨ鋼（焼入れ性を保証した構造用鋼鋼材）であり、ナット２については特に限定されるものではない。そして、浸炭焼入れを含む熱処理を施して、ねじ溝１ａ，２ａの表面に図示しない表面硬化層を形成する。
【００６３】
このとき、ねじ軸１は、表面から所定深さまでが浸炭されており、芯部は浸炭されていない。すなわち、リード角方向に沿う面によってねじ軸１をねじ溝１ａの底部で破断した断面（図８のＡ−Ａ断面図である図１０を参照）において、日本工業規格ＪＩＳ  Ｇ０５５７に規定された有効硬化層深さの位置Ｘから表面までの環状領域Ｙの面積が、前記断面の面積の１５％未満となっている。有効硬化層深さとは表面硬化層の表面からＨｖ５５０の位置までの距離であるので、表面付近に位置するビッカース硬さＨｖ５５０以上の環状領域Ｙの面積が、前記断面の面積の１５％未満となっている、と言い換えることもできる。
【００６４】
ねじ軸１については熱処理により若干湾曲するので、変形矯正（曲がり直し）を行う。そして、ねじ溝１ａ，２ａの表面をねじ溝研削により仕上げて、ねじ軸１及びナット２を完成する。完成したねじ軸１及びナット２の表面硬化層の残留オーステナイト量は、１５体積％以上３５体積％以下であり、表面硬さはＨｖ７００以上である。
ねじ軸１及びナット２のねじ溝１ａ，２ａの表面に前述のような表面硬化層が形成されているので、高荷重が負荷されるような厳しい条件でボールねじ１０が使用されても、ねじ溝１ａ，２ａの表面に剥離等の損傷が生じにくい。よって、前述のような厳しい条件で使用されても、ボールねじ１０が長寿命である。
【００６５】
表面硬化層の残留オーステナイト量が１５体積％未満であると靱性が不十分となるため、表面に早期剥離が生じやすくなり寿命が不十分となるおそれがある。このような不都合がより生じにくくするためには、表面硬化層の残留オーステナイト量は２０体積％以上とすることがより好ましい。一方、残留オーステナイト量が３５体積％超過であると、表面硬さが低下して塑性変形が生じやすくなる。
【００６６】
また、前述したように、ねじ軸１は表面から所定深さまでが浸炭されており、芯部は浸炭されていないので、芯部は靱性を有している。よって、割れや折れを生じることなくねじ軸１の変形矯正を行うことが容易である。ねじ軸１の変形矯正を容易に行うためには、環状領域Ｙの面積が前記断面の面積の１５％未満である必要があり、１３％未満であることがより好ましい。
【００６７】
このようなボールねじ１０は、比較的大型で且つ高荷重が負荷される用途（例えば、電動射出成形機の射出軸，型締め軸や電動プレス機の駆動軸の送り機構）に好適である。特に、直径４０ｍｍ以上のねじ軸を備える転がりねじ装置に、本発明は好適である。ただし、本発明の転がりねじ装置は、上記の用途に限定されるものではない。
なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、転がりねじ装置の例としてボールねじを示して説明したが、本発明の転がりねじ装置は、転動体がローラであるローラねじにも同様に適用することができる。
【００６８】
また、表面硬化層の表面硬さを転動部材として十分なものとするためには、熱処理後（浸炭後）の表面硬化層中の炭素含有量を０．６質量％以上とすることが好ましく、０．８質量％以上とすることがより好ましい。ただし、表面硬化層中の炭素含有量が多すぎると、巨大炭化物や異常組織が生成するため、１．５質量％以下とすることが好ましく、１．２質量％以下とすることがより好ましい。
さらに、転動体転動路４内には、両ねじ溝１ａ，２ａの表面及び転動体３の表面を潤滑する潤滑剤を配してもよい。さらに、ナット２の軸方向両端には、プラスチック製，ゴム製，又はエラストマー製のダストシールを配してもよい。そうすれば、異物が外部からナット２内部に侵入することが防止される。
【００６９】
〔実施例〕
以下に実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。前述したボールねじ１０とほぼ同様の構成を有する日本精工株式会社製のボールねじＢＳ６３１６−１０．５（呼び番号：ＪＩＳ  Ｂ１１９２  ６３×１６×３００−Ｃｔ７）を、日本精工株式会社製のボールねじ耐久試験機に装着して、耐久試験を行った。
このボールねじの仕様は、以下の通りである。
・ねじ軸の直径：６３ｍｍ
・リード      ：１６ｍｍ
・ボールの直径：１２．７ｍｍ
・回路数      ：３．５巻×３列
・試験荷重    ：負荷容量の４０％
【００７０】
なお、このボールねじのねじ軸及びナットは、日本工業規格ＪＩＳ  Ｇ４０５２に規定された鋼材ＳＣＭ４２０Ｈで構成された素材を、所定の形状に成形し熱処理（表２を参照）を施すことにより製造されたものである。ただし、ねじ軸の素材の炭素含有量は０．２質量％であり、ナットの素材の炭素含有量は０．２３質量％である。この熱処理により、ねじ軸及びナットの表面には表面硬化層が形成されているとともに、表面硬さはＨｖ７００以上とされている。また、転動体（ボール）は、日本工業規格ＪＩＳ  Ｂ１５０１に規定された玉軸受用鋼球である。さらに、隣接する各転動体の間には、図３のようなセパレータが１個ずつ介装されている。
この表面硬化層の残留オーステナイト量を表２に示す。また、リード角方向に沿う面によってねじ軸を破断した（ねじ溝の底部で破断した）断面における、日本工業規格ＪＩＳ  Ｇ０５５７に規定された有効硬化層深さの位置から表面までの環状領域の面積の、前記断面の面積に対する比率（以降は面積率と記す）を、表２に示す。
【００７１】
【表２】
0005130886.tif 000003
【００７２】
ねじ軸及びナットに施した熱処理は、以下の通りである。
熱処理条件Ａ：８５０〜９００℃で浸炭を施し、７８０〜８８０℃で油焼入れを行った。次いで、１６０〜１９０℃で焼戻しを行った。
熱処理条件Ｂ：８５０〜９００℃で浸炭を施し、７８０〜８８０℃で油焼入れを行った。次いで、−８０〜−４０℃で３０分間保持してサブゼロ処理を施した後に、１８０〜２２０℃で焼戻しを行った。このような熱処理は、ボールねじのねじ軸やナットに対して従来一般的に行われていたものである。
【００７３】
熱処理条件Ｃ：８５０〜９００℃で浸炭を施し、７８０〜８８０℃で油焼入れを行った。次いで、１９０〜２３０℃で焼戻しを行った。
熱処理条件Ｄ：８５０〜９００℃で浸炭を施し、７８０〜８８０℃で油焼入れを行った。次いで、１３０〜１６０℃で焼戻しを行った。
熱処理条件Ｅ：８５０〜９００℃で浸炭を施し、７８０〜８８０℃で水焼入れを行った。次いで、１６０〜１９０℃で焼戻しを行った。
【００７４】
なお、ねじ軸及びナットの浸炭を行う雰囲気の炭素濃度は、いずれの熱処理条件においても、１．０質量％である。また、浸炭の代わりに浸炭窒化を採用してもよい。
これらのボールねじについて耐久試験を行い、ねじ軸，ナット，又は転動体に剥離が生じたら寿命と判断した。結果を表２に示す。なお、表２に記載した寿命の数値は、一般的な高荷重用途のボールねじである従来例のボールねじの寿命を１とした場合の相対値で示してある。
【００７５】
従来例のボールねじは、ねじ軸やナットのねじ溝に剥離が生じた。
実施例１〜６のボールねじは、ねじ軸，ナット，及び転動体の表面硬化層の残留オーステナイト量が２０〜４０体積％であるため剥離が生じにくく、ねじ軸やナットのねじ溝に剥離が生じたものの長寿命であった。なお、ねじ軸の前記面積率が１５％未満であるため、ねじ軸の製造時には、割れや折れを生じることなくねじ軸の変形矯正を行うことができた。
【００７６】
比較例１，２のボールねじは、表面硬化層の残留オーステナイト量が不適であるため、ねじ軸やナットのねじ溝に剥離が生じ、実施例１〜６に比べて短寿命であった。
比較例３〜５のボールねじは、ねじ軸の前記面積率が１５％以上であるため、ねじ軸の製造時の変形矯正の際にねじ軸が折損した。そのため、耐久試験を行うことができなかった。
比較例６〜８のボールねじは、ねじ軸の前記面積率が１５％以上であるため、芯部まで高硬度となっており、変形抵抗が大きかった。ねじ軸の製造時の変形矯正の際には、荷重を加えてもほとんど矯正されなかったため、矯正不可能と判断し変形矯正を中止した。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明に係る転がりねじ装置の一実施形態であるボールねじの構造を示す図であり、軸方向に平行な面で破断したボールねじの断面図である。
【図２】図１のボールねじのＡ−Ａ断面図である。
【図３】セパレータの側面図である。
【図４】浸炭焼入れを施したねじ軸及びナットについて、表面の炭素濃度を測定した結果を示すグラフである。
【図５】図４の要部拡大図である。
【図６】浸炭焼入れを施したねじ軸及びナットについて、表面の炭素濃度を測定した結果を示すグラフである。
【図７】図６の要部拡大図である。
【図８】本発明に係る転がりねじ装置の一実施形態であるボールねじの構造を示す側面図である。
【図９】図８のボールねじを軸方向に垂直な面で破断した断面図である。
【図１０】図８のボールねじのＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
【００７８】
１      ねじ軸
１ａ    ねじ溝
２      ナット
２ａ    ねじ溝
２ｂ    貫通孔
３      転動体
４      転動体転動路
５      リターンチューブ
６      セパレータ
１０      ボールねじ
Ｘ      有効硬化層深さの位置
Ｙ      環状領域
【図１】
0005130886.tif 000004
【図２】
0005130886.tif 000005
【図３】
0005130886.tif 000006
【図４】
0005130886.tif 000007
【図５】
0005130886.tif 000008
【図６】
0005130886.tif 000009
【図７】
0005130886.tif 000010
【図８】
0005130886.tif 000011
【図９】
0005130886.tif 000012
【図１０】
0005130886.tif 000013